激光熔覆再制造产品热损伤与寿命评估(廖文和等 著)思维导图
激光熔覆H13-TiC复合涂层的力学性能测试与数值模拟
激光熔覆H13-TiC复合涂层的力学性能测试与数值模拟侯义芳;顾盛挺;鲍雨梅;柴国钟【摘要】为提高热作模具钢的使用性能和寿命,利用激光熔覆技术在H13钢表面制备了H13-TiC复合涂层,研究了不同TiC含量下H13-TiC复合涂层的力学性能,并分析了各试样拉伸后的断口形貌.结果表明:激光熔覆后熔覆层硬度、强度都明显高于基体硬度、强度,这是熔覆层中弥散和细晶强化共同作用的结果；熔覆层的断裂机制是脆性断裂和塑性断裂的混合型.最后,基于Mori-Tanaka平均场理论,分析了颗粒增强H13-TiC复合涂层的弹塑性性能,理论预测与实验结果基本吻合.%In order to improve the performance and longevity of the die steel, H13-TiC composite layers were made by laser cladding on the H13 die steel substrates. The influences of TiC content on mechanical properties of Hl3-TiC composite layer were studied. The fracture surfaces of various tensile specimens were analyzed respectively. The results indicate that the strength and hardness of the composite layers are obviously improved compared with the parent metal owing to the combined action of dispersive strength and thin grain of TiC, and the brittle fracture as well as the ductile fracture were found in the fracture of composite layers. And then, the elasto-plastic properties of the H13-TiC composite layers were discussed based on Mori-Tanaka method, the results show diat the predictions of the model agree with experiments well.【期刊名称】《轻工机械》【年(卷),期】2011(029)004【总页数】5页(P87-91)【关键词】模具材料;激光熔覆;复合涂层;力学性能;Mori-Tanaka【作者】侯义芳;顾盛挺;鲍雨梅;柴国钟【作者单位】浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室,浙江杭州310014;浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室,浙江杭州310014;浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室,浙江杭州310014;浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室,浙江杭州310014【正文语种】中文【中图分类】TG174.440 引言H13(4Cr5MoSiV1)钢是目前应用极为广泛的一类热作模具钢，具有较高的热强度和硬度、高的耐磨性和韧性，以及较好的耐热疲劳性能，主要用于制造各种热锻模、热挤压模和压铸模等［1］。
基于激光熔覆的再制造零件可视化损伤修复区域规划
第3 8卷第11期焊接学报V9 38 N。
.11 2 0 1 7 年 1 1 月TRA N SA C TIO N S OF T H E C H IN A W E L D IN G IN S T IT U T IO N November2017基于激光熔覆的再制造零件可视化损伤修复区域规划黄勇，孙文磊，周超军，黄海博(新疆大学机械工程学院，乌鲁木齐830047)摘要：提取再制造零件损伤边界并在此基础上规划修复区域是再制造工程中的前处理环节.提出了一种损伤边 界识别及关键尺寸提取方法，试验证明相对误差不超过2.3%.应用铁基材料对不同坡口角度和修复区域形状的 35钢样件进行了激光熔覆再制造试验.研究了坡口角度和修复区域形状对再制造零件结合强度的影响.结果表 明，坡口角度对结合强度影响较大，0°，15°坡口样件的抗拉强度小于基体材料，断口分析显示没有形成良好冶金结 合.25°，35°，45°坡口样件的抗拉强度大于基体材料.25°坡口的椭圆、菱形样件的抗拉强度小于基体材料.再制造 后，零件材料的断后伸长率变小，塑性降低.关键词：激光熔覆；再制造；损伤边界；修复区域；规划中图分类号：T6 441 文献标识码：A doi：10.12073/j.hjxb.201612300020序言损伤零件的再制造修复是挽回巨大经济与时间 损失，提高资源利用率，实现国家经济可持续发展的 重要途径%1-2&.目前激光熔覆技术以其较高的加工 精度、能量密度和较大的成形柔韧性被广泛应用于 零件制造和失效零件的再制造领域[3b4].再制造零件的损伤检查、损伤处理可以称为再 制造的前处理.损伤处理主要是指通过机加工去除 裂纹、腐蚀、疲劳层等，再辅以各种清洗手段.为了 保证激光熔覆质量，尽量把损伤区域加工成轮廓规 则、边界平缓（有一定坡口）的几何结构.加工后的 区域才是修复的对象，称为修复区域.目前，柔性增 材再制造装备将测量、数控铣削、激光增材制造功能 融为一体[5].工件在一次装夹下就能完成包括前处 理、激光熔覆再制造、后处理机加工等一系列环节，极大提高了效率.数控铣削方式可以轻松将损伤处 理成理想的结构，为修复区域规划提供了良好的前 提条件.由此提出修复区域规划的方法.首先需要 确定零件损伤的类型、位置、关键尺寸.其次以损伤 边界在长、宽、高三个方向的极限尺寸为依据，建立 形状规则的空间立体（包络体），包络整个损伤.最 后，在计算机中建立包络体的CAD模型，并应用 CAM技术生成刀路和数控加工代码，在零件上加工 出修复区域.所以修复区域规划需要解决两个问收稿日期：2016-12-30基金项目：新疆维吾尔自治区高技术研究发展项目（201513102)题.首先是如何精确得到损伤边界的尺寸.其次，用 何种 的包络体 包络损 .对于可视化损伤缺陷，可采用三维扫描仪获取 其点云，利用一定识别算法提取损伤的边界并优化，获取关键尺寸参数%6-7].目前国内外学者为了解决 这方面的问题，展开了很多研究.而对于修复区域 边界的形状、平整度、平缓度等因素对激光熔覆质量 的影响很少有研究关注.所以在前处理阶段怎样设 计包络体来形成修复区域是一个亟待解决的工程 问题.1再制造零件可视化损伤边界关键数据提取1.1基于曲率特征的损伤边界粗提取针对零件表面可视化损伤边界提取，可以采用 逆向工程中基于点云数据特征分块提取的思路.首 先计算点云中每个点的曲率，然后基于估算的曲率 阈值提取损伤区域的初始粗糙边界.应用专用设备获得零件的点云数据，如图1所 示.在散乱点云中取一个数据点O，提取O的A近 邻域点，然后利用最小二乘法将这A个点拟合成二 次曲面.求解二次曲面系数，利用空间曲面的性质 计算该点的平均曲率.最后通过比较平均曲率和曲 率阈值的大小对损伤零件点云进行分块提取从而确 定损伤区域.如果某点的平均曲率小于曲率阈值，表示该点处空间曲面较为平滑，为非边界特征点;若 大于曲率阈值，表示该点处空间曲面较为弯曲，为边52焊接学报第38卷特征点，予以提取.对损伤边界的粗提取结果如图2所示.图1试验件原始点云提取Fig. 1Extraction of original point cloud of specimen图3破损边界精提取Fig. 3 Accurate extraction of damage boundary对图1试验件，采用 方法提取损 .首先对原始点云数据进行损 粗提取，提出19 179 点，图2所示.取法矢夹角 #t h d60〇，提的损，包括13 852 点，如图3b.从图3中可 出，精提取结果中零横切的几条细小凹槽更加完善和精确.说明该方法对于细小的轮廓也有较好的适用性.1.3 界的关键 提取为了提取损 键特征 ，采用层思想，用一组 与点云截交，细的每一截的损伤轮廓点，如图4所示.图2损伤边界粗提取结果Fig. 2 Rough extraction of damage boundary1.2基于顶点法矢特征的损伤边界精提取点法矢夹角 可以用 量曲面法矢的变化.所以在粗提取的损 ，通过评价邻点法矢的变化 一次提 特征点.然后利用精提取的 特征点 更 确的零件破损.首先粗 点云中所有点的法向量值？，图3s所示.再搜索 点〇的&近邻域内所有点与O点的法矢夹角，并夹角点O的法矢夹角:通过比较法矢夹角#与夹角#d点是否在损 ：提取的损 ：图3b所示：图4点云分层切片处理Fig. 4 Layering and slicing of point cloud通过去噪、光、拟合 理，了损 域 层 的轮廓，每轮可以提 键几何尺.将按大 序，损 ：的空间关键特征 ：如图4所示，通过试验提第11期黄勇，等：基于激光熔覆的再制造零件可视化损伤修复区域规划53取了零件损 在长、宽、深度等方向的极限定形尺寸及定位信息.其中&方向的极限尺寸为72. 44 mm.实际测量 70. 80 mm，如图5.试验值与实 的绝对 1.64 mm，相对 2.31.图5提取尺寸与测量尺寸对比Fig. 5 Comparison between extraction dimensions and measurement dimensions2损伤修复区域规划研究2.1试验方法通过试验 修复 的几何特征对激光熔覆质量的 .试验釆用厚度10 mm的35做基材.如图6所示，首先在 加工了矩形凹槽做为损伤缺陷处理后的修复 ，凹槽深度4 mm.为了 凹槽坡口对冶金结合的 ，选择了 0〇，15〇，25〇，35〇和45〇五种坡口形式.其次，加 了25°坡口的椭圆和菱形 凹槽做为修复 ，形状对熔覆质量的 .再加上基材本身一共八种 试验，见 1.每种情况试验 .试验 的激光波长1 070〜1 080 nm.激光焦距600 mm，焦点光斑直径4 mm.采用负压式气载送图6熔覆试验样件Fig. 6 Cladding test samples表1试验设计Table 1Test des i gn试组G坡口角度#(。
激光熔覆Ni基WC金属陶瓷涂层组织与高温磨损性能_百度文库讲解
激光熔覆Ni基WC金属陶瓷涂层组织与高温磨损性能汪新衡，匡建新，黄开有，陈丰峰(湖南工学院机械工程系，湖南衡阳 421002摘要：在21-4-N耐热钢表面进行添加WC颗粒的镍基自熔粉末激光熔覆处理，得到了Ni基WC合金涂层。
对熔覆层进行了显微组织观察和分析以及不同温度下的高温干摩擦磨损试验。
结果表明，Ni21+20%WC+0.5%CeO2熔覆层组织细小，高温干摩擦磨损性能最好。
关键词：激光熔覆；镍基金属陶瓷涂层；高温干摩擦磨损Microstructure and Abrasive-wear Behavior Under High Temperature of Laser Clad Ni-based WC Ceramic CoatingWANG Xin-heng ,KUANG Jian-xin , HUANG Kai-you，CHEN Feng-feng（ Dept.of Mechanical Engineening,Hunan institute of Technology, Hengyang Hunan 421002,ChinaAbstract:The laser cladding which self-fused Ni-based ceramic powder of WC composite is used on the surface of 21-4-N heat-resisting steel, Ni-based WC coating can be formed. Observing and analying the microstructure of cross section, Checking the abrsrssive-wear under high temperature of cross section in different temperature. The results showed that the microstructure of Ni21+20%Wc+0.5%CeO2 cladding layer is small and it presents the best abrasive-wear behavior under high temperature in these investigated coatings. Keywords:laser cladding ; Ni-based Metal-ceramics layers; abrasive-wear under high temperature激光熔覆技术具有涂层与基体结合牢固、涂层稀释率低、工件变形小等特点。
激光熔覆_图文讲解
一、激光熔覆的原理激光溶覆是利用高能激光束辐照，通过迅速熔化、扩展和凝固，在基材表面熔覆一层具有特殊物理、化学或力学性能的材料，构成一种新的复合材料，以弥补基体所缺少的高性能。
能充分发挥二者的优势，克服彼此的不足。
可以根据工件的工况要求，熔覆各种（设计）成分的金属或非金属，制备耐热、耐蚀、耐磨、抗氧化、抗疲劳或具有光、电、磁特性的表面覆层。
通过激光熔覆，可在低熔点材料上熔覆一层高熔点的合金，亦可使非相变材料（AI 、Cu 、Ni 等）和非金属材料的表面得到强化。
在工件表面制备覆层以改善表面性能的方法很多，在工业中应用较多的是堆焊、热喷涂和等离子喷焊等，与上述表面强化技术相比，激光熔覆具有下述优点：（1 ）熔覆层晶粒细小，结构致密，因而硬度一般较高，耐磨、耐蚀等性能亦更为优异。
（2 ）熔覆层稀释率低，由于激光作用时间短，基材的熔化量小，对熔覆层的冲淡率低（一般仅为 5％-8%），因此可在熔覆层较薄的情况下，获得所要求的成分与性能，节约昂贵的覆层材料。
（3 ）激光熔覆热影响区小，工件变形小，熔覆成品率高。
（4 ）激光熔覆过程易实现自动化生产，覆层质量稳定，如在熔覆过程中熔覆厚度可实现连续调节，这在其他工艺中是难以实现的。
由于激光熔覆的上述优点，它在航空、航天乃至民用产品工业领域中都有较广阔的应用前景，已成为当今材料领域研究和开发的热点。
激光熔覆技术应用过程中的关键问题之一是熔覆层的开裂问题，尤其是大工件的熔覆层，裂缝几乎难以避免，为此，研究者们除了改进设备，探索合适工艺，还在研制适合激光熔覆工艺特点的熔覆用合金粉末和其他熔覆材料。
二、激光熔覆工艺方法激光熔覆工艺方法有两种类型：1、二步法（预置法）该法是在激光熔覆处理前，先将熔覆材料置于工作表面，然后采用激光将其熔化，冷凝后形成熔覆层。
预置熔覆材料的方式包括：（1 ）预置涂覆层：通常是应用手工涂敷，最为经济、方便、它是用粘结剂将熔覆用粉末调成糊状置于工件表面，干燥后再进行激光熔覆处理。
激光熔覆NiCr3C2涂层的微观组织及磨损性能
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图５激光熔覆层和不锈钢基材的磨损速率
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ｓｔｅｅｌ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ
第６期
张大伟等：激光熔覆Ｎｉ—Ｃｒ。ｃ。涂层的微观组织及磨损性能
１１３
Ｎｉ层的降低约３５％；而单一熔Ｎｉ层的磨损率比不 锈钢基材的降低约９０％。两种激光涂层和不锈钢基 材的ＳＥＭ磨损表面形貌如图６所示。可见３种材料 的表面都发生了不同程度的擦伤磨损，其磨损程度 可从表面擦伤的磨痕宽度和深度来判断。显然，不锈 钢基材的磨痕较宽，并有大量的金属转移现象（见 图６ａ），Ｎｉ合金涂层的磨痕较深（见图６ｂ），表明它 们抵抗对磨环擦伤的能力较差；而Ｎｉ—Ｃｒ。Ｃ。复合 涂层在较长的滑动距离下（Ｌ一７５０ ｍ）仍呈现较浅 的磨痕（见图６ｃ），表明该涂层具有非常好的摩擦磨 损抗力。在对激光熔覆单一Ｎｉ合金涂层的研究 中［３］，已发现磨损过程中由于位错塞积在亚表层而 导致该区域微裂纹的形成，并在强烈的塑性变形下 发生了分层现象。而高硬度Ｃｒ。Ｃ：粒子的掺和以及 它们在激光熔池中的部分溶解，增加了液体合金中 的Ｃ、Ｃｒ含量，使凝固组织中形成了较多的Ｃｒ，Ｃ。、 Ｍ。。（Ｃ，Ｂ）。和更多的ｃｒＢ，涂层表面硬度得到大幅 度增加。这些含Ｃｒ化合物或硼化物可作为硬质点障 碍物，起到阻止表面擦伤和减弱基体塑性变形的滑 移作用，从而延长了表层下微裂纹的形核和裂纹的 扩展，避免了分层现象。因而复合涂层的磨损过程由 凝固析出的不同种类的硬质化合物所控制，其较高 的磨损抗力与涂层中形成了较多的含Ｃｒ或含Ｂ硬 质化合物有关。ＳＥＭ观察同时也表明了复合涂层具 有比不锈钢基材和Ｎｉ合金涂层更加细小的薄片磨
激光功率对锆合金激光熔覆复合涂层成形及微观组织的影响
激光功率对锆合金激光熔覆复合涂层成形及微观组织的影响目录1. 内容概览 (3)1.1 研究背景 (4)1.2 研究意义 (5)1.3 国内外研究现状 (6)1.4 本文的研究内容与方法 (7)2. 激光熔覆技术的基本原理 (9)2.1 激光的基本原理 (10)2.2 激光熔覆过程 (11)2.3 激光功率对熔覆层厚度的影响 (12)3. 锆合金的物理与化学特性 (13)3.1 锆合金的材料分类 (14)3.2 锆合金的物理特性 (15)3.3 锆合金的化学特性 (17)4. 激光功率对锆合金激光熔覆复合涂层成形的影响 (18)4.1 熔覆层形貌 (20)4.2 熔覆层厚度 (22)4.3 熔覆层结合强度 (23)4.4 熔覆层表面粗糙度 (24)5. 激光功率对锆合金激光熔覆复合涂层微观组织的影响 (25)5.1 微观组织的组成与特性 (27)5.2 不同激光功率下微观组织的变化 (28)5.3 应力与缺陷的形成 (30)5.4 晶粒尺寸与组织分布 (31)6. 实验设计与材料 (32)6.1 实验设备与系统 (32)6.2 实验材料与涂层合金选择 (33)6.3 实验工艺参数 (34)7. 实验结果与分析 (36)7.1 不同激光功率下熔覆层形貌的观察 (37)7.2 熔覆层厚度的测量与分析 (37)7.3 结合强度的检测与分析 (38)7.4 表面粗糙度的测量与分析 (40)7.5 微观组织与成分分析 (41)8. 激光功率对熔覆层性能的影响 (43)8.1 力学性能 (44)8.2 耐腐蚀性能 (45)8.3 耐磨性能 (46)8.4 其他性能的影响 (47)9. 结论与展望 (48)9.1 研究结论 (50)9.2 对未来研究的启示 (50)9.3 存在的问题与不足 (51)1. 内容概览本文档旨在探讨激光功率对锆合金激光熔覆复合涂层成形及微观组织的影响。
激光熔覆作为一种先进的表面工程技术，能够通过选择合适的涂层材料和工艺参数来提高部件的耐磨性、耐腐蚀性和综合性能。
激光焊接熔覆PPT-
在300 ℃的条件下，平均摩擦因 数相对250 ℃有所增加，这是因为 亚 共 析 钢 低 温 回 火 温 度 是 150 ～ 300℃，钢材第一类回火脆性温度 在250～400℃之间，由于40Cr含有 Si、Mn、Cr 等元素,第一类脆性温 度将提高，在300 ℃回火时，常常 使脆性变大，硬度相应降低,摩擦 因数相应有所增加。
应用前景
铁基合金材料具有较高的耐磨、耐 蚀性能,组分与碳钢铸铁接近，与 基体具有良好的相容性，且成本低 廉。
针对我国目前钢材的应用现状，开 发铁基合金的激光熔覆具有重要的 研究意义和经济价值。
举例证明
用自行研制的铁基合金粉末作为熔覆 层材料，以40Cr 合金钢为基体，采用 Nd : YAG脉冲激光预置熔覆法，在40Cr 合金钢表面制备Fe基涂层；探讨在干 摩擦条件下，激光熔覆层的高温摩擦 磨损性能，并对熔覆层的微观组织形 貌、磨损机理进行了研究。
讨论与分析
激光熔覆是一种快速熔化、急速冷却凝 固的冶金过程。以铁基合金粉末为熔覆材 料的激光熔覆层显微组织特征是以细小的 共晶莱氏体为基底,上面分布着先共晶渗碳 体,是典型的快速凝固组织,其强化层中不仅 含有大量的合金渗碳体,而且还有马氏体、 残余奥氏体和原位析出的颗粒[11212 ]，见 图6 。在磨损过程中,合金渗碳体、马氏体 以及原位析出的高硬度颗粒起到支撑的作 用。
磨痕显微组织形貌
由图3可以看到,在干摩擦条件下,磨损1 h 以后的熔 覆层表面出现剥离的断面,较宽的犁沟,这是由于干 摩擦表面温度较高, 产生很大的应力, 造成裂纹扩展, 出现一些微裂纹和一些撕裂凹坑。另外组织残存一 些碳化物, 在摩擦力作用下, 一些碳化物脱落而形成 大量凹坑。干摩擦条件下的磨损机理主要以微切削 为主,伴有粘着磨损。
浅谈激光表面熔覆技术ppt课件
• 激光熔覆是利用高能密度激光束所产生的局部高 温将2种或者2种以上金属界面瞬间熔化，熔覆材 料与基体表面试样冶金结合，形成性能与基体成 分不同的涂层，既改善材料性能达到既节省贵金 属，又提高材料表面性能的目的。
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2.1 激光熔覆的原理与特点
激光熔覆技术与其他涂层技术相比有明显的优点： (1) 冷却速度快，具有快速凝固的特征； (2) 热变形小，涂层稀释率低，涂层与基体呈良好 的冶金结合，成品率高； (3) 涂层材料的选择范围大，如铁基合金，镍基合 金等； (4) 涂层厚度一般为0.2mm~2mm，适用于磨损件 的修复； (5) 加工精度高，可处理较小或难加工的区域； (6) 工艺过程易于实现自动化。
• 激光表面熔凝技术基本上不受材料种类的限制， 可获得较深(可达 2～3mm 以上)的高性能涂层， 易实现局部处理，对基体的组织、性能尺寸影响 很小，而且工艺操作方便。
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1.3 激光熔覆
• 激光熔覆是以激光作为热源，用不同的添料方式 在被熔覆的基体上放置所选择的涂层材料，经过 激光照射使之与基体表面一薄层同时熔化，并快 速凝固后形成稀释度极低、并与基体材料形成冶 金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面 的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化能力及电气特性的 工艺方法。
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1.2 激光表面熔凝处理
• 激光表面熔凝是采用近于聚焦的激光束照射，将 金属表面加热到熔点温度以上，使材料表面层熔 化并在表面形成熔池，在光束移走后依靠自身冷 却快速凝固，导致表层组织和性能变化的一种工 艺。
• 熔凝层中形成的铸态组织非常细密，能使性能得 到改善，可以增强材料表层的耐磨性和耐蚀性。
• 与传统的强化工艺，如喷丸强化和锻打强化相比， 是一种洁净、无公害的处理方法。可以处理工件 的圆角、拐角等应力集中部位。
天弘激光--激光强化与熔覆
Protection against corrosion
适用性能
Adapted properties
低成本
修复失效高精尖设备
Low cost
Refabricate faiiled equipment with high-grade, precision and advanced
二 激光强化与再制造特点
Flame 火焰淬火
等离子淬火
Relatively cheap and flexible process
Electron beam 电子束淬火
Minimal distortion, selective hardening and no quenchant required
Advantages of laser cladding/Remanufacture
High dilution and heat input, high overbuild and post machining 高稀释与热输入，涂层过厚，焊后 加工量大 High dilution and heat input, high overbuild and post machining 高稀释与热输入，涂层过厚，后期 加工量大 High temperature,l ong time to process,low production rate
HVOF (High Velocity Oxy Fuel) 超音速
Wear protection, thermal barrier coatings 磨损保护，热障涂层
Many materials useable, good deposition rates 可用多种材料，良好沉积效率
激光熔覆高熔点高熵合金涂层组织结构演化及其抗高温软化行为
激光熔覆高熔点高熵合金涂层组织结构演化及其抗高温软化行为为了制备高硬度、高耐磨性及高温性能良好的刀具涂层材料,以提高涂层刀具在高速干切削条件下的使用寿命,采用激光熔覆技术在高速钢表面制备了具有良好抗高温软化性能的高熔点高熵合金涂层,利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、显微硬度计、磨损试验机等手段分析研究了涂层的组织结构及性能。
首先,构建并制备了MoFeCrTiW高熔点高熵合金涂层。
其次,研究了MoFeCrTiWSi<sub>x</sub>Al<sub>y</sub>（x=0,1且y=0,1）高熵合金涂层的组织结构和性能;在此基础上,进一步研究了Nb含量对激光熔覆MoFeCrTiWAlNb<sub>x</sub>（x=1,3,5,7;x代表摩尔比）高熵合金涂层组织结构和性能的影响规律,并对涂层高温下的组织结构及性能的演化规律进行了研究,探索了涂层抗高温软化的机制。
获得主要结论如下:（1）研究表明,激光熔覆MoFeCrTiW高熔点高熵合金涂层由无序BCC固溶体相和少量Laves相组成,这与理论计算结果一致。
涂层组织形貌为胞状晶,其上分布细小Laves相颗粒,平均硬度为479HV<sub>0.2</sub>,比Q235钢基材的硬度高出约3倍。
（2）研究了激光熔覆MoFeCrTiWSi<sub>x</sub>Al<sub>y</sub>涂层的组织结构及性能,结果表明,添加等摩尔比的Si将促进金属间化合物的形成,涂层硬度和耐磨性均得到提高,平均硬度为713 HV<sub>0.2</sub>,但硬度分布不均匀。
添加等摩尔比的Al则可促进BCC相的形成、抑制金属间化合物的形成,并细化组织,但涂层硬度和耐磨性均降低,硬度仅有345 HV<sub>0.2</sub>。
第五章激光表面处理h-精选
• 加热速度，最高温度，保温时间，冷却速度
Laser Materials Processing-WCM
• 加热温度
– 组织转变温度比常规上移很多：C钢900~1200℃
– 但晶粒仍来不及长大。加热：2×103~2×105 0c/s， 冷却：700~2×104 0c/s；1KWCO2，V=5~70mm/s
第五章激光表面处理h-精选
本章主要内容
• 概述－基本原理 • 激光表面相变硬化 • 激光冲击硬化 • 激光熔凝 • 激光合金化 • 激光熔敷
Laser Materials Processing-WCM
§5.1 概述
• 过程：以激光扫描零件表面，使材料表面 吸收光能迅速升至高温，进而发生相变、 熔化或覆盖甚至熔入其他金属非金属元素， 随后快速冷却来达到零件改性的目的。
激光冲击强化提高材料机械性能的机理
• 激光冲击诱导的表面残余压
应力，可获得- 0. 6σY (弯曲 强度)的表面残余压应力，
影响层范围为1~2mm。
• 表面硬度提高机理：
– 对铝合金试样分析后认为,试样 中存在的高密度位错是硬度提 高的主要原因;
– 对各种铁基合金,冲击后位相的
转变,如γ相至α相的转变,也是
• 功率密度为107~1011w/cm2 • 作用时间为几ps到几百ns • 典型冲击强化工艺参数：铷玻璃激光器，输出能
量80~100J，脉宽3~30ns • 主要是力的作用，热作用可忽略不计，防止裂缝
生长和发展，细化晶粒－锻压效果
Laser Materials Processing-WCM
两种类型
二、硬化工艺
1. 增强表面吸收（黑化处理）
– I低，不熔，不汽化，不存小孔效应，表面光洁 度高，90~95%反射掉→克服高反射率
新型机器人激光表面修复系统
二）3D再制造需求
• 再制造通过高技术手段对回收的废旧产品实施批 量修复改造，显著降低成本。
• 据估算，再制造的成本仅为一般制造的50％，节 能达60％，节材70％；
我国设备资产和耐用消费品达几十万亿元，若其 中10%能利用再制造技术进行修复，便能迅速形 成新的经济增长点，创造巨大的经济价值。
齿面点蚀损伤
主轴颈的表面损伤
压缩机螺杆损伤
泵叶片磨损损伤
图1 机电零件损伤
1. 失效特征：
• 零件大都在3D空间发生改变。失效零件不 仅与零件原形不一样，而且（表面）性能 也改变。
2. 再制造质量要求：
• 形状尺寸必须恢复原状，有升级改进要求 的必须与新设计的一致；
• 性能：强度、硬度、耐蚀性必须达到甚至 超过原零件；
1、激光加工工艺数据库
工艺数据库结构：描述激光加工工件的化学成 分、组织及性能、尺寸精度、表面质量与激光加 工工艺参数间的关系；
在线充实、更新数据库的数据记录； 利用数据库数据检索等技术，设计激光加工工
艺参数。
（a）激光表面熔覆横截面微观形貌 (b)涂层结合区的微观结构
图6 球墨铸铁表面激光熔覆铁基合金涂层
新型机器人激光表面修复系统
刘继常 湖南大学
目录
• 3D再制造需求 • 3D再制造需要解决的问题 • 激光3D修复再制造关键技术及系统 • 湖南大学再制造课题组
一、 3D再制造需求
一）零件失效特征与再制造要求 零件的失效是指零件的性能、组织以及
几何形状与尺寸在外力作用下发生改变， 而使该零件丧失完成指定的工作能力。其 特征表现为其使用性能或工作能力衰退， 图1所示为一些机电零件损伤示意图。若继 续工作，则会造成重大的安全事故等。